Назва елемента «кобальт» походить від латинського Сobaltum

 

 

ЗМІСТ

 

 

Вступ

     Метою  курсової роботи є дослідження фізичних , хімічних властивостей та добування гексаамінкобальт(ІІ) хлориду ([Co(NH3)6]Cl2 ). Вивчення здатності кобальту(ІІ) утворювати комплексні сполуки, та довести це експерементально.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

 

1.1.Загальна характеристика кобальту

 

          Назва елемента «кобальт» походить від латинського Сobaltum.

Со, хімічний елемент VIII групи періодичної системи з атомним номером 27. Його атомна маса  
58,9332. Хімічний символ елемента Cо вимовляється так само, як і назва самого елементу.

Природний кобальт складається з двох стабільних нуклідів:

59Со (99,83% за масою) і 57Со (0, 17%). У періодичній системі елементів  Д. І. Менделєєва кобальт входить  до групи VIIIВ і разом з залізом  і нікелем утворює в 4-му періоді  в цій групі тріаду близьких за властивостями перехідних металів. Конфігурація двох зовнішніх електронних шарів атома кобальту 3s2p6d74s2 . Утворює сполуки найчастіше в ступені окислення +2, рідше - в ступені окиснення +3 і дуже рідко в ступенях окислення 1, 4 і 5.

Радіус нейтрального атома кобальту 0,125 Нм, радіус іонів  
(координаційне число 6) Со2+ - 0,082 Нм, Со3+ - 0,069 Нм і Со4+ - 0,064  
Нм. Енергії послідовної іонізації атома кобальту 7,865, 17,06,  
33,50, 53,2 і 82,2 ЕВ. За шкалою Полінга, електронегативність кобальту  
1,88.

      Кобальт - блискучий, сріблясто-білий, важкий метал з рожевим відтінком.

З давнину оксиди кобальту використовувалися для фарбування скла та емалей в глибокий синій колір. До 17 століття секрет отримання фарби з руд тримався в таємниці. Ці руди в Саксонії називали «кобольд» (нім. Kobold - домовик, злий гном, заважав рудокопами добувати руду і виплавляти з неї метал). Честь відкриття кобальту належить шведському хіміку Г. Брандту.  
У 1735 році він виділив з підступних «нечистих» руд новий сріблясто-білий зі слабким рожевим відтінком метал, який запропонував називати  
«кобольдом». Пізніше ця назва трансформувалася у «кобальт».

        Сполуки кобальту були відомі і застосовувалися в глибокій старовині. Зберігся єгипетський скляний глек, що відноситься до ХV в. до н.е., забарвлений солями кобальту, а також блакитні скловидні цеглини, що містять кобальт. У древній Ассірії, а також в Вавілоне з кобальту виготовляли лазурит - блакитну фарбу, якою обливали керамічні вироби. Ймовірно, початковим матеріалом для отримання кобальтових сполук служив тоді цафер (Zaffer) - сапфір, що містить бісмут і кобальт; звідки, мабуть, і виникли назви фарб - сафлор, шафран і інш. У середні віки гірники знаходили разом з іншими рудами кобальтову  "землю", але не знали, що з нею робити. Іноді ця земля була схожа на срібну руду, але не містила ніякого срібла. Домішка кобальтової землі до інших руд заважала виплавці металів: з густим димом (сульфідів і арсенидів), що утворюється втрачалася частина металу, що виплавляється.  Ще в IV в. у Псевдодемокріта і інших авторів зустрічаються слова, що означають дим, що утворюється при обпаленні руд, що містять сульфіди арсену. У середні віки німецькі гірники, очевидно, бажаючи підкреслити властивості кобальтових земель, називали їх коб-ольд (або кобельт), що означало підземний гном, глузливий дух, безсовісний шахрай. У древньоруській мові є близькі по значенню слова “кобение” (ворожіння), “кобь” (ворожіння по пташиному польоту); останнє слово цікаво порівняти з сучасною назвою птаха - кобчик.

        Кобальт згадується у Бірінгуччо, Василя Валентина, Парацельса і інших авторів XV - XVII ст. У  "Алхімічному лексиконі" Руланда (1612) про кобальт говориться:  "Кобол ,кобальт (Koboltum, Kobaltum) або колет (Colletum) -- металева матерія, чорніша за свинець і залізо, що розтягується при нагріванні. Кобальт - чорний, трохи схожий за кольором на золу матерії, яку можна кувати і лити, але вона не володіє металевим блиском, і яка являє собою шкідливу взвісь, що відводить (при плавці) разом з димом хорошу руду". Очевидно, тут говориться про металевий кобальт. Проте в історії хімії прийнято вважати, що металевий кобальт був уперше описаний в 1735 р. упсальским професором Брандтом. У дисертації  "Про напівметалах" Брандт вказує, зокрема,  що металевий бісмут, що отримується з руд не являє собою чистого металу, а містить  "кобальтовий корольок" (металевий кобальт). Він же з'ясував, що солі кобальту забарвлюють скло в синій колір. У чистому вигляді металевий кобальт був отриманий Верцеліусом.

У російській літературі XVIII і початку XIX ст. зустрічаються назви кобольт, коболт (Соловйов і Страхов, 1824 і в більш ранніх творах з хімії). Двигубский (1824) вживає назву кобальт; надалі воно стає загальноприйнятим.

        У земній корі вміст кобальту одно 410-3% за масою. Кобальт входить до складу понад 30 мінералів. До них відносяться кароліт CuCo2SO4, лінеїт  
Co3S4, кобальтін CoAsS, сферокобальтіт CoCO3, смальти СоAs2 та інші.  
Як правило, кобальту в природі супроводжують його сусіди по 4-му періоду - нікель, залізо, мідь і марганець. У морській воді приблизно (1-7) • 10 -  
10% кобальту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Добування кобальту

        Кобальт - відносно рідкісний метал, і багаті їм родовища в даний час практично вичерпані. Тому кобальтвмісних сировину  
(часто це нікелеві руди, що містять кобальт як домішка) спочатку збагачують, отримують з нього концентрат. Далі для добування кобальту концентрат або обробляють розчинами сірчаної кислоти або аміаку, або методами пірометалургію переробляють в сульфідні або металевий сплав. Цей сплав потім витравлюють сірчаною кислотою. Іноді для отримання кобальту проводять Сірчанокислотне «кучно» вилуговування вихідної руди (подрібнену руду розміщують у високих купах на спеціальних бетонних майданчиках і зверху поливають ці купи витравлюють розчином).

Для очищення кобальту від супутніх домішок все більш широко застосовують екстракцію . Найбільш складне завдання при очищенні кобальту від домішок - це відділення кобальту від найбільш близького до нього за хімічними властивостями нікелю. Розчин, що містить катіони двох цих металів, часто обробляють сильними окислювачами - хлором або гіпохлоритом натрію NaOCl; кобальт при цьому переходить в осад.  
Остаточну очищення (рафінування) кобальту здійснюють електролізом його сульфатного водного розчину, в який зазвичай добавлена борна кислота Н3ВО3.

        Сировиною для отримання кобальту служать кобальтові руди. До складу руд входять такі мінерали, як кобальтин («кобальтовий блиск» - білі, рожеві зернисті агрегати, кристали, CoAsS, ), так звані «кобальтові квіти»   (мінерали малинового кольору твердістю 1,5 - 2,5 і густиною 3,1 підкласу арсенатів -  Co3[AsO4]2·8H2O,,  крайній член ізоморфного ряду еритрин - анабергіт, Ni3[AsO4]2·8H2O, що є продуктом вивітрювання кобальтина і арсенидів кобальту і ніколу),  а також лінеїт, скутерудит, шмальтинхлоантит, пентландит. Як сировина для отримання кобальту може служити пірит (сірчаний колчедан, залізний колчедан), самий поширений мінерал класу сульфідів, FeS2, що містить домішки Cu, Au, Fe, Ni, Co і інш. Пірит являє собою латунно-жовті кубічні кристали полігеного походження, твердістю 6-6,5 і густиною 5,0 г/см3. Головні промислові родовища піриту - гідротермальні і метасоматичні.

        По концентрації даних мінералів в ґрунті можна судити про масштаби покладів кобальтових руд. У залежності від хімічного складу, розрізнюють три основних типи кобальтових руд: арсенові руди, сірчасті і окислені. Промислові концентрації Со зустрічаються в родовищах ніколу, міді і заліза. Як правило, з 1 тонни руди отримують від 1 до 30 кг кобальту. Серед металів підгрупи заліза кобальт самий рідкісний; вміст його в земній корі не перевищує тисячної частки відсотка. Загальні світові запаси оцінюють в 6 млн. т, причому велика їх частина зосереджена в зарубіжних країнах: Заїрі, Мароко, Замбії, Австралії, Канаді, Індонезії і на Кубі. У Росії найбільшим родовищем кобальтових руд є Норільськоє, а з республік колишнього СРСР значними запасами також володіє  Азербайджан ( Дашкесанске родовище ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Фізичні та хімічні властивості кобальту

       Кобальт - твердий метал, що існує в двох модифікаціях. При температурах від кімнатної до 427 ° C стійка a-модифікація  
(кристалічна решітка гексагональна з параметрами а = 0,2505 Нм і з = 0,4089 Нм). Щільність 8,90 кг/дм3. При температурах від 427 ° C до температури плавлення (1494 ° C) стійка b-модифікація кобальту (грати кубічна гранецентрованої). Температура кипіння кобальту близько  
2960 ° C. Кобальт - феромагнетик, точка Кюрі 1121 ° C. Стандартний електродний потенціал Со0/Со2+ -0,29 B.

       На повітрі компактний кобальт стійкий, при нагріванні вище 300 ° C оксидної покривається плівкою (високодисперсний кобальт пірофорен). З парами води, що містяться в повітрі, водою, розчинами лугів і карбонових кислот кобальт не взаємодіє. Концентрована азотна кислота пасивує поверхню кобальту, як пасивує вона і поверхню заліза.

Відомо кілька оксидів кобальту. Оксид кобальту (II) СоО має основні властивості. Він існує в двох поліморфних модифікаціях: a-форма (кубічна гратка), стійка при температурах від кімнатної до  
985 ° C, і що існує при високих температурах b-форма (також кубічна гратка). СоО можна отримати або нагріванням в інертному атмосфері гідроксоркарбоната кобальту Со (ОН)2СоСО3, або обережним відновленням  
Со3О4.

       Якщо нітрат кобальту Со(NO3)2 , його гідроксид Со(ОН)2 або гідроксокарбонат прожарити на повітрі при температурі близько 700 ° C, то утворюється оксид кобальту Со3О4 (CoO · Co2O3 ). Цей оксид за хімічною поведінкою схожий на Fe3О4 . Обидва ці оксиди порівняно легко відновлюються воднем до вільних металів:

Со3О4 + 4H2 = 3Со + 4H2O.

       При прожарюванні Со(NO3)2 , Со(ОН)2 і т. д . при 300 ° C виникає ще один оксид кобальту – Со2О3 .

      При приливанні розчину лугу до розчину солі кобальту (II) випадає осад

 Со(ОН)2 , який легко окислюється. Так, при нагріванні на повітрі при температурі трохи вище 100 ° C Со(ОН)2 перетворюється в СоООН.

Якщо на водні розчини солей двовалентного кобальту діяти лугом у присутності сильних окислювачів, то утворюється Со(ОН)3.

      При нагріванні кобальт реагує з фтором з утворенням трифторид  
СоF3 . Якщо на СоО або СоCO3 діяти газоподібним HF, то утворюється ще одна сполука - фторид кобальту СоF2 . При нагріванні кобальт взаємодіє з хлором та бромом з утворенням, відповідно, дихлорид СоСl2 і диброміда СоBr2 . За рахунок реакції металевого кобальту з газоподібним  
НI при температурах 400-500 ° C можна отримати дийодид кобальту СоI2 .

      Сплавом порошків кобальту та сірки можна приготувати сріблясто-сірий сульфід кобальту СоS (b-модифікація). Якщо ж через розчин солі кобальту (II) пропускати струм сірководню H2S, то випадає чорний осад сульфіду кобальту СоS (a-модифікація):

CoSO4 + H2S = CoS + H2SO4

       При нагріванні CoS в атмосфері H2S утворюється Со9S8 з кубічною кристалічною решіткою. Відомі й інші сульфіди кобальту, у тому числі Co2S3 , Co3S4 і CoS2 .

        З графітом кобальт утворює карбіди Со3C і Со2С, c фосфором - фосфіди складу: СоP, Со2P, СоP3. Кобальт реагує і з іншими неметалами, у тому числі з азотом (виникають нітриди Со3N і Co2N), селеном (отримані селенідом кобальту CoSe і CoSe2), кремнієм (відомі силіциди Co2Si, CoSi  
CoSi2) і бором (у числі відомих боридів кобальту - Со3В, Со2В.).

       Металевий кобальт здатний поглинати значні обсяги водню, не утворюючи при цьому сполук постійного складу. Непрямим шляхом синтезовані два стехіометричних гідриди кобальту СоН2 і СоН.

Відомі розчинні у воді солі кобальту - сульфат СоSO4, хлорид  
СоСl2, нітрат Со(NO3) 2 та інші. Цікаво, що розведені водні розчини цих солей мають блідо-рожеве забарвлення. Якщо ж перераховані солі (у вигляді відповідних кристалогідратів) розчинити у спирті або ацетоні, то виникають темно-сині розчини. При додаванні води до цих розчинів їх забарвлення миттєво переходить у блідо-рожеве.

До нерозчинних сполук кобальту відносяться фосфат Со3(PO4)2, силікат Со2SiO4 та багато інших.

       Для кобальту, як і для нікелю, характерне утворення комплексних сполук. Так, в якості лігандів при утворенні комплексів з кобальтом часто виступають молекули аміаку NH3. При дії аміаку на розчини солей кобальту (II) виникають амінні комплекси кобальту червоного або рожевого кольору, що містять катіони складу  
[Co(NH3)6n(H2O)n]2 +. Ці комплекси досить нестійкі і легко розкладаються навіть водою.

       Значно стабільніше амінні комплекси тривалентного кобальту, які можна отримати дією аміаку на розчини солей кобальту в присутності окисників. Так, відомі гексаамінні комплекси з катіоном  
[Co(NH3)6]3+ (ці комплекси жовтого або коричневого кольору отримали назву лутеосолей), аквапентамінні комплекси червоного або рожевого кольору з катіоном [Co(NH3)5H2O]3+ (так звані розеосолі) та ін. У деяких випадках ліганди навколо атома кобальту можуть мати різне просторове розташування, і тоді існують цис-і транс-ізомери відповідних комплексів.В якості лігандів в комплексах кобальту можуть виступати також аніони  
CN-, NO2-та інші.

       При взаємодії суміші водню і СО з гідроксокарбонатом кобальту при підвищеному тиску, і порошку металевого кобальту отримують біядерний октакарбоніл дікобальта складу Со2(СО)8. При його обережному нагріванні утворюється карбоніл Со4(СО)12. Карбоніл Со2(СО)8 використовують для одержання високодисперсного кобальту, що застосовується для нанесення кобальтових покриттів на різні матеріали.

 

 

 

1.4. Застосування кобальту

        Основна частка одержуваного кобальту витрачається на приготування різних сплавів. Так, додавання кобальту дозволяє підвищити стійкість сталі, забезпечує поліпшення її механічних та інших властивостей.

      Для виготовлення постійних магнітів знаходять застосування сплави, що містять 52% кобальту і 5-14% ванадію або хрому. Кобальт і деякі його сполуки служать каталізаторами. Сполуки кобальту використовують як пігменти багатьох барвників. У чистому вигляді кобальт не застосовують.Це передусім магнітотверді ( магнитожорсткі ) матеріали - сполуки  рідкоземельних елементів ( головним чином самарія і ербия )  з кобальтом. Магнітотверді матеріали володіють дуже важливою властивістю: вони здатні  намагнічуються до насичення і перемагнічуватися у порівняно сильних магнітних полях напруженістю в тисячі і десятки тисяч А/м, і характеризуються високими значеннями коерцитивної сили, залишкової магнітної індукції, магнітної енергії на дільниці розмагнічування («спинка» петлі гістерезису), в зв'язку з чим широко застосовуються  для виготовлення спеціальних постійних магнітів, що володіють сильним магнітним полем. Також кобальт входить до складу жароміцних, затвердих корозіоостійких сплавів. Сталі для виготовлення ріжучих інструментів  часто містять кобальт. У ряді випадків цей метал використовують як гальванічні покриття, оскільки вони є більш стійкими до впливу слабих кислот, чим хромові або ніколові. З цієї ж причини тонким шаром кобальту  іноді покривають столові ножі для захисту від впливу агресивних серед. Хлорид кобальту додає скломасі синє забарвлення, тому він застосовується для виробництва синього і блакитного декоративного скла. Окислу кобальту знайшли своє застосування при виготовленні  так званих стразів. Стразами (ньому. Strass, на ім'я винахідника, скловара і ювеліра кон. 18 ст. Ж. Страса), називають штучні камені, що виготовляються з кришталя з домішкою оксидів важких металів, по блиску і грі схожі на коштовні камені; підробка під коштовний камінь. Найбільшу популярність отримали стрази з безбарвного скла - під «діаманти».